Idag används kisel som det primära halvledarmaterialet i merparten av vår teknik. Men om vi i stället kan använda organiska, kolbaserade halvledarmaterial – så kallade ledande polymerer – går det att skapa ledande material med helt andra egenskaper att dra nytta av.

Polymerer kan beskrivas som ett sorts plastmaterial med långa kedjor av kolmolekyler, som gör det lättare att skapa töjbarhet och flexibilitet i materialet. Över hela världen pågår forskning om dessa hett eftertraktade material, som kan öppna dörrar inom alltifrån lagring av energi till bioelektronik – där de exempelvis skapar nya möjligheter inom medicinsk diagnostik och rehabilitering.

Det här har varit professor Christian Müllers forskningsområde i över tjugo år. I sitt nya projekt har han ett särskilt fokus på hur polymerer kan bana väg för elastiska, bioteknologiska komponenter som sensorer eller implantat. Förutsättningarna är goda, eftersom det handlar om organiska material som trivs i kroppen, och som kroppen trivs med.

– Till skillnad mot kiselbaserade material kan ledande polymerer transportera elektrisk laddning via både joner och elektroner, precis som våra egna kroppar gör. Det gör det möjligt att knyta samman biologi och elektronik, och skapa elektroniska komponenter som kan integreras på ett väldigt bra sätt med olika biologiska system, säger han.

Vill efterlikna mekaniken i våra kroppar

Christian Müllers grupp har redan bidragit med viktiga steg inom forskningsfältet. Bland annat har forskarna tagit fram en ny metod för att tillverka materialen i större kvantiteter, utan giftiga kemikalier, på ett mer kostnadseffektivt sätt.

De närmaste åren ligger fokus på att ytterligare förbättra materialen, så att de ska få både utmärkta elektriska och mekaniska egenskaper.

– Dagens organiska halvledarmaterial är fortfarande lite för styva och hårda. Vi vill att de mekaniska egenskaperna ska likna mekaniken i våra kroppar i så stor utsträckning som möjligt. Därför behöver vi skapa material som är väldigt töjbara, lätta, elastiska och anpassningsbara, och som har samma mjukhet som vår hud eller våra vävnader, säger han.

Christian Müller liknar det material som forskarna vill åstadkomma vid en riddarbrynja av metall. Samtidigt som de små metalldelarna i brynjan är robusta och stabila, har de fogats samman på ett sätt som skapar en smidighet och flexibilitet i plagget.

– Vi undersöker hur vi kan skapa en liknande struktur för ledande polymerer på molekylär nivå, säger han.

Ledande textil kan underlätta i vården

Men det är ingen lätt utmaning att skapa material med bra elektrisk ledningsförmåga, som samtidigt är tillräckligt mjuka för att ha goda mekaniska egenskaper. En stor svårighet är att ledningsförmågan i ett material ofta har en koppling till dess styvhet: ju mjukare ett material är, desto sämre leder det elektricitet.

Det är en fin känsla att inse att något man har arbetat mycket med faktiskt kommer fungera.

– För att lyckas med vårt mål behöver vi kombinera olika materialklasser och jobba med kompositer – sammansatta material som består av flera beståndsdelar. En del leder exempelvis ström, medan en annan del är mjuk och har sammanfogande egenskaper. På så sätt kan vi närma oss material där elektronik och mekanik är sammankopplade på ett bra sätt, säger han.

Även om Christian Müller arbetar med grundforskning kan han tydligt se flera möjliga användningsområden för området. Materialens töjbarhet och flexibilitet gör att de kan användas för att skapa fibrer och garn som kan vävas in i vanligt tyg – något som öppnar många dörrar inom sjukvården.

– Om bioelektroniska sensorer kan integreras i våra kläder eller placeras på vår hud kan de smidigt samspela med våra kroppar för att analysera vår hälsa. Kanske skulle sådana sensorer kunna mäta hjärtslag, puls och andning, eller övervaka viktiga kroppsfunktioner hos människor inom äldrevården eller hos patienter som har skrivits ut från sjukhus, säger han.

Vill förstå – och upptäcka nytt

Christian Müller har alltid haft ett starkt intresse för att förstå naturen. När han var lite sa hans klasskamrater att han nog skulle bli någon sorts professor en dag, men själv hade han ingen klar bild av framtiden.

– Jag har aldrig haft en tydlig ”master plan” över vad jag vill göra och vart jag vill komma. Det har jag inte alltid, än idag! Men under skoltiden hade jag många fantastiska lärare som uppmuntrade mig. Min fysiklärare gav mig nyckeln till labbet så att jag kunde gå dit efter skoltid, och jag minns att min kemilärare gjorde en extratenta till mig för att jag skulle få en större utmaning. Det har betytt mycket, och jag försöker skapa liknande möjligheter för mina egna elever idag, säger han.

När han ska beskriva sin drivkraft gör han en parallell med sina barns upplevelser när de utforskar världen.

– Deras glädje när de upptäcker något för allra första gången, den är härlig att se. Det är en fin känsla att inse att något man arbetat mycket med faktiskt kommer fungera. Om jag fortfarande har kvar glädjen över att hitta något nytt efter ett långt arbetsliv, då kommer jag vara väldigt nöjd, säger han.

Text Ulrika Ernström
Bild Johan Wingborg